注意缺陷多动障碍(ADHD)为儿童时期常见的神经发育障碍性疾病，严重影响儿童身心健康，其病因及发病机制复杂且未明，当前"多巴胺(DA)缺陷理论"得到国际学术界广泛认可和研究，DA系统被认为是ADHD发病的关键。DA缺陷状态成因复杂，除已基本明确的DA转运体功能异常导致的再摄取障碍外，还与DA囊泡循环环节酶解失活功能异常、囊泡转运功能障碍及受体功能异常等存在关联，在疾病的机制研究和药物开发中起重要作用。现就近年来围绕DA缺陷理论展开的DA缺陷状态成因研究进行综述，以期为国内ADHD开展相关研究提供思路参考。
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注意缺陷多动障碍(ADHD)又称多动症，是儿童时期常见的神经发育障碍性疾病，全球发病率约为5.9%，并呈上升趋势[1]。本病以多动难静、冲动任性、注意力不集中为核心临床症状，常共患对立违抗障碍、品行障碍、学习困难等其他疾病，严重影响儿童的身心健康及正常社会功能[2]。研究显示，ADHD与犯罪倾向存在密切关联，如不能够及时治疗，约有1/4的儿童症状会持续至成人阶段[3]，导致患者社会适应能力下降，自杀倾向、反社会行为增高，给个人、家庭及社会带来沉重负担[4,5]，本病受到国内外医学界的高度重视。截至目前，ADHD的病因及发病机制仍未明确，研究表明，环境因素、神经递质、基因遗传因素、家庭教育因素及日常饮食因素等均与本病发生发展息息相关[6]。在目前ADHD发病机制研究中，单胺类递质，如多巴胺(DA)、去甲肾上腺素、5－羟色胺等的功能异常是国际研究的热点[7,8]，其中又以2007年美国学者Swanson等[9]提出的"DA缺陷理论"在当前国际学术界认可度最高，研究最为广泛。近年来众多实验研究均围绕DA系统开展，成为ADHD病因、发病机制探讨及药物开发研究的重点和热点[10,11]。目前在对DA缺陷理论的研究过程中，脑内DA转运体(Dopamine transporter，DAT)功能异常所导致的DA缺陷在学界已基本形成共识[12,13]，成为ADHD脑内DA缺陷发病机制研究的重要方向。近年来围绕DAT的基因遗传学研究、动物模型研究及药物开发研究均证实了DAT在ADHD发病机制中的重要意义[14,15]。然而，DA系统是一个庞大且复杂的神经网络，DAT仅仅是在DA系统中参与DA转运、清除的主要蛋白，除了DAT功能异常之外，脑内DA缺陷形成是否存在其他因素的影响？关于此问题目前国内学术界尚未见相关总结。为系统回答此问题，作者结合最新研究文献及围绕ADHD发病机制的研究成果，系统总结国内外脑内DA缺陷形成机制研究进展，以拓展研究思路，为国内ADHD发病机制及药效机制研究提供参考。
DA重摄取功能是在ADHD发病机制研究中较早涉及的研究方向[16]，DA重摄取功能异常目前已被证实是DA缺陷形成的重要原因，且其机制已被用于治疗ADHD一线药物盐酸哌甲酯的药物开发[17]。DA是一种重要的儿茶酚胺类神经递质，其含量至少占整个中枢神经系统儿茶酚胺含量的50%，通过电-化学信号传递的形式参与中枢神经系统奖赏、运动、成瘾、情绪调控等多种大脑重要生理功能的调控[18]。大脑内的DA能神经元突触末梢在接受到神经冲动后，释放位于突触前膜的DA并导致细胞外呈递质高水平状态，进而激活突触后多巴胺受体(Dopamine receptor，DR)，引起下游细胞或自身的系列反应。在生理情况下，释放突触间隙的DA绝大多数会在数个毫秒内迅速被清除，这一清除作用涉及再摄取、酶解失活等多条途径，而产生这一效应的主要方式是DAT介导的DA重摄取[19]。DAT是一种特异性分布于DA神经元表面的跨膜蛋白，属于Na+/Cl-离子依赖型转运蛋白基因家族(SLC6A，solute carrier)，含有620个氨基酸，具有12个跨膜结构区，N端和C端伸向胞内，第2个胞外环相对较大[20]。在中枢神经系统，DAT与酪氨酸羟化酶( tyrosine hydroxylase，TH)、D2受体共定位，特异性地表达在DA能神经元中，主要分布于腹侧中脑、纹状体区域及前额叶皮质等区域[19,21,22]。DAT在脑内具有维持脑内DA平衡的作用，其通过重摄取功能将突触间隙内的DA转运回突触前膜，一方面控制DA的细胞外浓度，调节神经递质信号强度；另一方面，将细胞外多余的DA转运回胞内存储，维持DA平衡[19,20,23]，DAT的功能异常会引起平衡紊乱，进而引起相关的神经系统疾病。
生理状态下，DA的生理释放速率约为81 μM/h，DAT的重摄取速率约为80.1 μM/h，二者的差值由新合成的DA补充，进而维持胞内DA的存贮浓度[24]。在ADHD发病中，DAT转运功能处于超活状态，转运速率加快，能够竞争性地快速转运释放进入突触间隙内的DA递质，导致胞外处于DA短暂缺陷状态，打破DA递质平衡[25,26]。研究显示，DAT基因敲除后，DA的重摄取几乎停滞，释放于胞外的DA得以在胞外滞留[27]。由于DA不能被及时回收，组织中的DA被大量消耗，导致DA的合成速率代偿性提高[28]，从而导致DA系统出现递质高合成-低转运状态。DAT在DA的重摄取中几乎是唯一的执行者，其功能缺失会导致DA在胞外扩散并被单胺氧化酶(monoamine oxidase，MAO)和儿茶酚-O-甲基转移酶(catechol-O-methyl transferase，COMT)酶解失活，导致胞内的合成能力不足以弥补这种损失，最终严重地破坏DA系统的平衡[29]；同样道理，DAT功能过度活化亦会导致突触前膜胞内DA蓄积，最终导致合成速率下降和酶解失活增多，形成真正的DA缺陷状态。因此，DAT在控制DA信号强度和时长的同时，对于DA系统稳态的维持也至关重要。DAT功能过度活化导致脑内DA缺陷状态的形成，被认为是ADHD发病中的重要原因，在药理机制上，盐酸哌甲酯作为DAT再摄取抑制剂，能够短暂抑制DAT的重摄取功能，从而维持脑内DA的水平，起到改善ADHD核心症状的效果。而长期、大剂量的盐酸哌甲酯则会起到苯丙胺样效果，细胞膜上的DAT构象发生变化，不仅抑制DAT重摄取，而且使得胞内的DA可以通过DAT释放到胞外，导致大量DA蓄积进而被酶解失活，产生欣快与抑制交替反应，从而诱导成瘾的形成[30]。因此，DAT是ADHD发病中DA缺陷状态形成的重要原因，其过度活化及过度抑制状态均导致脑内DA失衡，从而导致ADHD症状的出现和疾病的形成。
在生理状态下，释放进入突触间隙的DA除少部分与受体结合发挥作用外，80%以上的DA主要有以下4条途径归属[31]：(1)DA被突触前膜重摄取；(2)部分被突触后膜摄取；(3)在突触间隙内被酶解失活代谢入血；(4)部分逸漏入血。其中除被DAT转运进入突触前膜被DA囊泡摄取再循环外，其余大部分都在酶的作用下分解代谢，并最终经肾脏排出体外。因此，DA缺陷状态的形成中，酶解功能异常是重要的潜在诱因。DA酶解失活主要涉及2个关键酶类[32]，即MAO及COMT，DA酶解代谢的途径主要有2种，一方面DA可通过MAO的氨基修饰氧化脱氨基(deamination)变成醛基，醛基进一步氧化变成酸或还原变成醇[33]。另一方面通过儿茶酚胺侧链修饰，即通过COMT氧位甲基化(O-methylation)或氧位与硫酸或醛基葡萄醛酸结合形成复合物，最终在中枢神经系统被降解为高香草酸(homovanillic acid，HVA)，在外周血中被降解为二羟基苯乙酸(3，4-dihydroxy-phenylacetic acid，DOPAC)释放出体外[34]。在ADHD发病机制中，对MAO、COMT等参与DA酶解代谢的2个关键酶类的研究从未停歇。基于人群的基因研究显示，以调节儿茶酚胺类递质酶活性为主要作用的A型单胺氧化酶(MAO-A)调控基因位点941G/T多态性在ADHD发病中存在过表达[35]。同样的研究发现，MAO-A基因多态性在韩国ADHD患儿亦存在过表达现象，且女童更为明显，显示出酶解失活在ADHD患儿中存在功能过度活化状态[36]。机体细胞线粒体氧化应激参与很多神经系统疾病的进展，MAO作为遍布人体细胞线粒体外膜上、单胺类代谢的主要酶类，将儿茶酚胺类物质催化生成过氧化氢(hydrogen peroxide，H2O2)，后者作为氧化应激反应标志物，是应激时活性氧(reactive oxygen species，ROS)的主要来源。研究发现，作为氧化应激反应标志物，ADHD患儿血清样本及ADHD模型自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rats，SHR)脑脊液中H2O2、丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量显著升高，而机体抗氧化能力标志物谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)的酶活性显著降低，提示机体高氧化应激状态[37,38,39]。临床研究显示，高氧化应激状态导致DA递质传递紊乱，引起ADHD症状的出现[40]。同时，药理研究显示，短期盐酸哌甲酯(Methylphenidate Hydrochloride，MPH)治疗改善了大鼠脑内H2O2酶和SOD的活性，而长期MPH治疗则导致脑内氧化应激水平提升，这也被认为是ADHD药物治疗远期效果不佳及不断增量的原因[41]。因此，从临床人群试验到MAO诱导的氧化应激高反应状态均为DA酶解失活异常导致DA缺陷提供潜在证据，成为ADHD发病DA缺陷的重要诱因。
脑内DA递质传递并非传统观念上简单合成释放模式，而是通过包含合成、转运、释放、再摄取等多环节的连续的囊泡循环模式进行[42,43]。脑内DA的形成源于酪氨酸，DA能神经元吸附血液内的酪氨酸为原料，在酪氨酸羟化酶(tyrosine hydroxylase，TH)的催化下转变成左旋多巴(levodopa，L-dopa)，后在多巴脱羧酶(Dopa decarboxylase，DDC)的作用下脱羧基最终转变成DA。胞质内合成的DA并非松散的储存在近突触前膜的胞质，而是储存在近突触前膜的囊泡中被突触囊泡膜上的囊泡单胺转运蛋白2型(vesicular monoamine transporter 2，VMAT2)转运进入突触囊泡储存，胞质中的DA浓度处于较低水平[44]。当神经冲动传至DA神经元时，储存在突触囊泡中的DA释放到突触间隙，结合并激动突触后膜的DA受体，从而完成递质传递。在此过程中，大部分位于突触间隙中的DA被DAT重新摄取进入胞质进行循环利用，未被重摄取的DA被MAO或COMT酶解失活排出体外，从而构成囊泡循环的关键环节。突触囊泡在DA递质传递中主要有2种作用，一是参与DA神经递质转运、释放环节，参与DA的循环，执行突触间信息传递的功能；二是包裹、储存DA等胞内物质以隔离胞质环境，起到保护作用防治递质的氧化及酶解失活。而介导突触囊泡发挥这些功能的关键是位于囊泡膜表面的囊泡单胺转运蛋白(vesicular monoamine transporters，VMAT)功能的发挥[45]。VMAT为12次跨膜的长肽链，氨基端和羧基端均面向胞质，依靠H+-ATP酶泵产生电化学梯度，负责从胞质转运单胺类递质贮存在分泌囊泡中[46]。VMAT存在VMAT1和VMAT2两种亚型，VMAT1主要位于外周神经系统和发育期的单胺类神经元内，而VMAT2则主要位于中枢神经系统内的DA能、去甲肾上腺素能、5-羟色胺能神经元及其终末神经末梢[47]。VMAT2参与DA的量子释放，若VMAT2表达不足或功能发生异常，不能及时将胞质的DA进一步转运到囊泡内，造成DA在胞质和突触间隙的淤滞、蓄积，则会导致DA的酶促降解及非酶性自我代谢增加，一方面导致囊泡循环再利用的DA数量减少，另一方面导致大量自由基释放，加速DA的酶解失活，从而导致突触前膜释放的DA数量减少，形成恶性循环[48,49,50]。在ADHD发病中，临床研究发现，ADHD患儿脑内存在VMAT2表达下调现象，导致囊泡循环速率降低，形成脑内DA递质缺陷，VMAT2表达异常被认为是ADHD发病的重要诱因[51]。实验研究表明，VMAT2功能异常导致大鼠脑内DA含量的显著降低而表现出典型的ADHD症状[52]。因此，VMAT2表达异常导致DA囊泡循环障碍，与DA酶解失活协同作用，共同导致脑内DA缺陷状态的形成，被认为是ADHD发病的诱因。
DR是DA递质传递中接收递质信号完成信息传递的重要环节，研究显示，DR存在D1、D2两种类型，结合它们的药理特性，可归纳为D1和D2两大受体家族。D1家族包含D1、D5受体，D2受体家族包含D2、D3、D4受体，D2受体又分长型(D2L)和短型(D2S)2种。DR均为G蛋白偶联受体，具有该受体的基本特征，为7次跨膜的多肽链，氨基端在细胞外，羧基端在细胞内。D1受体家族与Gs蛋白偶联，激活腺苷酸环化酶(denylate cyclase，AC)，而D2受体家族与Gi蛋白偶联，抑制AC的活性[53]。近来研究发现，AC/环磷酸腺苷(cAMP)/蛋白激酶A(PKA)通路在脑内DA缺陷的形成及ADHD的发病过程中地位特殊[54]。研究表明，D1受体家族兴奋后，D1受体通过G蛋白α亚基的2个亚型Gαs、Gαolf来激活AC，从而催化ATP形成cAMP，引起细胞内cAMP含量上升，cAMP含量的升高，导致依赖性蛋白激酶PKA的进一步活化，进而改变细胞膜对离子的通透性、调节递质合成酶的活力，进而从而发挥相应功能[55,56]；而D2受体则与D1受体相反，D2受体被突触间隙DA激活后，通过与Gi/o偶联，抑制AC的活性，减少cAMP生成，并可激活K+通道(如G蛋白偶联的内向整流K+通道)，使K+外流，K+电导增加，引起细胞膜超极化，并限制电压依赖的Ca2+内流。D2受体激活还可以直接抑制电压门控Ca2+通道，能够通过抑制AC/cAMP/PKA通路反馈性地抑制DA合成[57,58,59,60,61]，使DA的合成速度降低，最终导致脑内DA缺陷状态的形成。研究显示，DR在ADHD儿童中存在基因表达异常和功能异常[62]，其中D2受体家族如D2、D3、D4受体功能异常在ADHD的发病中研究广泛[63,64,65]。除此之外，DR功能异常作为ADHD发病的重要诱因，还体现在对DR超敏反应的研究。DR超敏的发现源于临床药理观察，主要存在2种定义解释：一方面DA受体超敏系DA受体对激动剂的生理学、药理学、生物化学和行为学效应增强的现象，另一方面指DA受体拮抗剂诱导DA受体数目增加称为DA受体超敏[66]。研究显示，DA受体超敏主要表现出受体密度增高、受体脱偶联及受体单体增多等特征[67,68]。在ADHD的临床治疗上，作为DR阻滞剂，氟哌啶醇能够有效阻滞受体功能而控制ADHD核心症状，但长期应用DA受体拮抗剂氟哌啶醇治疗，因DA受体超敏而影响其疗效并引起一些严重不良反应，研究显示这与长期应用受体拮抗剂导致受体超敏有关，纹状体D2受体数量及处于高亲和力状态的D2受体增加，而突触前DA的释放、合成及再摄取并无显著变化，D2受体的上调增强了多巴胺能的信号传导，进而对DA刺激产生超敏状态，导致不良反应的加大和持续的加药治疗[69]。而现代成像技术研究显示，DA受体的超敏导致的受体密度增高、单倍体增多等现象，其受体扫描呈现"空腔受体"特征[70]，从而带来DA系统的传导紊乱，形成DA缺陷或DA亢进状态，导致ADHD、精神分裂等症状的出现。
ADHD发病率高，患病人群基数庞大，严重影响儿童的身心健康及社会功能，部分甚至可持续到成人阶段，需要更多的关注和研究。遗憾的是，截至目前，其病因及发病机制仍未完全明确。自2007年美国学者Swanson等[9]提出ADHD的DA缺陷发病机制，并认为"DA缺陷理论在ADHD的众多假说中是经得起时间检验的"以来，国际上围绕DA系统的研究广泛而热烈，成为ADHD发病机制研究的绝对重点和热点，并围绕DAT、DR等研究成果对应有盐酸哌甲酯、氟哌啶醇、可乐定等治疗药物，从临床、药理上很大程度上证实了该理论的正确性[71,72]。而随着研究的深入，DA缺陷形成的原因成为不断探索的问题。脑内DA系统是一个复杂而庞大的神经网络，单就DA自身神经纤维投射即形成了黑质-纹状体通路(nigrostriatal pathway)、中脑-边缘通路(mesolimbic pathway)及中脑-皮质通路(mesocortical pathway)3条主要的胺能神经投射通路，参与调控机体的运动、情感、行为、认知等功能[73]。而其DA递质传递又通过囊泡循环这一包括递质合成、储存、递质转运、释放及失活在内的复杂传递形式完成，因此各个环节的异常均能够影响脑内DA的水平，导致DA缺陷的形成。当前关于DA缺陷的研究主要存在DA再摄取功能异常、酶解失活异常、囊泡单胺转运体功能异常及DR功能异常4个方向。DAT一方面控制DA的细胞外浓度，起到调节神经递质信号强度的作用，另一方面，将细胞外多余的DA转运回胞内存储，起到维持DA平衡的作用。DAT在DA的重摄取中作为几乎唯一的执行者，参与DA囊泡循环过程，其再摄取功能与VMAT2常协同作用，DAT负责将突触间隙DA转运进入突触前膜胞质内，VMAT2主要充当信使负责将突触前膜胞质内的DA递质转运进入囊泡储存并再次释放进入突触间隙，两者配合的异常则会导致DA在突触间隙或胞质内的蓄积，引起酶解失活效应增加，从而导致DA功能丧失和氧化应激反应的增强。因此，DAT再摄取功能与VMAT2转运功能通过影响囊泡循环及影响酶解失活两条途径影响脑内DA水平。而DR主要接纳来自突触前膜的DA递质，再摄取功能、转运功能、酶解失活功能的异常均会影响DA递质的释放水平，从而影响DR激活状态。且DR长期受药物等影响自身产生的超敏反应亦会反馈性的影响DA递质的囊泡循环过程，四种途径相互影响，互为关联，最终影响脑内DA水平，成为ADHD发病的潜在机制[74,75,76]。ADHD的成因复杂，涉及医学、教育、微量元素等多方面研究[77,78]，本研究围绕DA缺陷理论展开探讨，尝试揭示DA缺陷状态的成因，虽较为系统地总结了当前主要的研究情况，但也存在一定的不足。如在DA缺陷状态的形成上，尚涉及DA合成功能障碍、DA囊泡锚定异常、Ca2+水平及细胞骨架等多种研究假设尚未讨论。而在DAT参与的DA再摄取环节，近年的一些实验证据提示DAT在再摄取的同时，也会介导DA的释放，这种递质释放和经典的递质释放有何差异，其机制尚不明确。同时ADHD的发病以DA系统为研究核心，也存在去甲肾上腺素系统、五羟色胺系统等研究在此未做讨论。总之，DA系统复杂而深奥，涉及多种疾病的形成及治疗靶点，存在太多未知需要不断探索，期望未来能够不断明确DA缺陷的成因，为ADHD等疾病的治疗提供帮助。
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